明 細 書 Specification
希ガス蛍光ランプ、ランプ点灯装置及び液晶表示装置 Noble gas fluorescent lamp, lamp lighting device and liquid crystal display device
技術分野 Technical field
[0001] 本発明は水銀を用いな!/、で環境負荷を減らした放電光源及びそのような光源を点 灯させる点灯装置に関する。 TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a discharge light source that does not use mercury! / And reduces the environmental load, and a lighting device that lights such a light source.
背景技術 Background art
[0002] 近年デジタルテレビの大画面化、薄型化の進展に伴い、液晶バックライトの大型化 の要請が強くなつてきている。液晶バックライト用光源としては、従来から重用されて きた冷陰極蛍光ランプに変わるものとして、発光ダイオードや有機 EL素子を使用し た固体発光デバイスの研究も進み、一部は商品化されている。し力もながら、発光効 率や寿命特性などとコストの観点から、まだ当面の間は冷陰極蛍光ランプを完全に 代替するには至らないものとみられる。 In recent years, with the progress of larger and thinner digital TVs, there has been a strong demand for larger LCD backlights. As a light source for liquid crystal backlights, research on solid-state light-emitting devices using light-emitting diodes and organic EL elements has progressed as a replacement for the cold cathode fluorescent lamps that have been used heavily, and some of them have been commercialized. However, from the viewpoints of luminous efficiency, lifetime characteristics, and cost, it is not yet possible to completely replace the cold cathode fluorescent lamp for the time being.
[0003] 蛍光ランプは、その発光主体である蛍光体を励起するための紫外泉源として、環境 負荷物質である水銀を用いた低圧グロ一放電を使用している。このため環境保護の 観点からは、水銀を使用せずに現行の蛍光ランプと同等の効率を有する光源の開発 が求められている。 [0003] Fluorescent lamps use a low-pressure glow discharge using mercury, which is an environmental load substance, as an ultraviolet spring source for exciting a phosphor that is the main light emitting element. For this reason, from the viewpoint of environmental protection, development of a light source that has the same efficiency as current fluorescent lamps without using mercury is required.
[0004] 上記目的を達成するためには、蛍光体を有効に励起、発光できる波長(およそ 100 nmから 300nm程度)の紫外線を効率よく放射する放射源が必要である。水銀以外 の、放電による紫外線放射媒体として注目されるのは、希ガスを主体とした低圧ない し中圧 (概ね大気圧以下)での放電プラズマである。紫外線 1光子は最終的に蛍光 体によって可視光の 1光子に変換されるため、紫外線のエネルギーと可視光のエネ ルギ一の差に相当するエネルギーは損失となる。このため放電によって得られる紫外 線の波長は可視光に近い方が望ましい。このこと力 、希ガス放電の中でもキセノン を主体とした放電プラズマ力 放射される紫外線の波長が比較的長!/、ため有望とさ れる。 In order to achieve the above object, a radiation source that efficiently emits ultraviolet rays having a wavelength (about 100 nm to about 300 nm) capable of effectively exciting and emitting phosphors is required. What is attracting attention as an ultraviolet radiation medium by discharge other than mercury is discharge plasma at a low or medium pressure (generally atmospheric pressure or less) mainly composed of rare gases. One photon of ultraviolet light is finally converted into one photon of visible light by the phosphor, and energy corresponding to the difference between the energy of ultraviolet light and the energy of visible light is lost. For this reason, it is desirable that the wavelength of ultraviolet rays obtained by discharge be close to that of visible light. This is promising because of the relatively long wavelength of the ultraviolet radiation emitted from the discharge plasma force mainly composed of xenon among rare gas discharges.
[0005] キセノン放電では特に、励起状態のキセノン原子と基底状態のキセノン原子が不安 定に結合するエキシマ(excimer ;励起二量体)が解離する際に放出される、 172nm
付近のブロードな放射の効率が高いことが知られている。一般にエキシマの生成、放 射解離はノ ルスアフターグロ一中で特に効率が高い。このため通常のグロ一放電よ りも、電極と放電空間との間に、電流を遮断する電荷障壁となる誘電体層を設けた、 V、わゆる誘電体バリア放電の方が高!/、効率を期待できる。 [0005] In the xenon discharge, in particular, an excimer (excimer) in which an excited xenon atom and a ground state xenon atom are bound instablely is released, 172 nm It is known that the efficiency of the broad radiation nearby is high. In general, excimer formation and radiation dissociation are particularly efficient in Norse afterglow. Therefore, V, a so-called dielectric barrier discharge, in which a dielectric layer serving as a charge barrier that cuts off current is provided between the electrode and the discharge space, is more expensive than normal glow discharge! Efficiency can be expected.
[0006] このため、キセノンを主体とした希ガス放電を応用した希ガス蛍光ランプとしては、 発光管のガラス管壁を電荷障壁となる誘電体層として利用した構成のものが、従来 力も精力的に研究されてきた。そのような構成の例として、特許文献 1に開示されたラ ンプの構造を図 10に示す。 [0006] For this reason, as a rare gas fluorescent lamp using a rare gas discharge mainly composed of xenon, a configuration in which the glass tube wall of the arc tube is used as a dielectric layer serving as a charge barrier has been energetic in the past. Has been studied. As an example of such a configuration, the structure of a lamp disclosed in Patent Document 1 is shown in FIG.
[0007] 図 10は、誘電体バリア放電を用いた希ガス蛍光ランプの発光管の断面図である。 FIG. 10 is a cross-sectional view of an arc tube of a rare gas fluorescent lamp using dielectric barrier discharge.
図 10において、内面に蛍光体膜が形成された、硬質ガラス等よりなる透光性の発光 管 2の外表面に、ニッケル等の導電金属線をコイル状に巻回した外部電極 3が設けら れている。発光管 2の一方の端部には、冷陰極の内部電極 1が気密に封装されてい る。また発光管 2の内部にはキセノンを主体とする希ガスが所定の圧力で封入される 。内部電極 1と外部電極 3との間には高周波の矩形ノ ルス電圧が印加される。外部 電極 3の外側は透光性の絶縁チューブ 4によって被覆されており、矩形パルス電圧を 周囲から絶縁している。 In FIG. 10, an external electrode 3 in which a conductive metal wire such as nickel is wound in a coil shape is provided on the outer surface of a light-transmitting arc tube 2 made of hard glass or the like having a phosphor film formed on the inner surface. It is. An inner electrode 1 of a cold cathode is hermetically sealed at one end of the arc tube 2. The arc tube 2 is filled with a rare gas mainly composed of xenon at a predetermined pressure. A high-frequency rectangular Norse voltage is applied between the internal electrode 1 and the external electrode 3. The outside of the external electrode 3 is covered with a translucent insulating tube 4 to insulate the rectangular pulse voltage from the surroundings.
[0008] ランプの動作時には内部電極 1と外部電極 3との間で、発光管 2の管壁を電荷障壁 とした誘電体ノ リア放電が発生し、封入されたキセノンなどの希ガスから効率よく紫外 線を放射させ、それによつて蛍光体層を励起し発光するものである。 [0008] During the operation of the lamp, a dielectric near discharge is generated between the internal electrode 1 and the external electrode 3 using the tube wall of the arc tube 2 as a charge barrier, and is efficiently generated from a rare gas such as enclosed xenon. It emits ultraviolet rays, which excites the phosphor layer to emit light.
[0009] 特許文献 1 :特開 2002— 42737号 Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2002-42737
発明の開示 Disclosure of the invention
発明が解決しょうとする課題 Problems to be solved by the invention
[0010] 図 10のような構成の場合、発光管 2の全長が長くなると、長手方向の輝度分布が一 様でなくなるという課題がある。すなわち、内部電極 1から遠い部分では、希ガスを放 電させて十分な強度の紫外線を発生させるだけの電界強度が得られず輝度が低下 する。またそれを避けるために内部電極 1に印加する電圧を高くすれば、内部電極 1 から遠い部分での輝度は上昇する反面、放電電流が増加し、これにより内部電極 1 の近傍での放電が収縮して紫外線放射効率が低下し、輝度が低くなる。画面上での
明るさが一様であることを強く求められるテレビ用液晶バックライトとしては、発光管 2 の長手方向で輝度が一様でないことは大きな課題である。特許文献 1ではこれを回 避するために、外部電極 3の巻きピッチを変化させるという手段をとつている。輝度が 低下する内部電極 1の近傍及び内部電極 1から遠い部分でのまきピッチを狭くするこ とで、単位長さ当りの投入電力を局所的に高くし、その部分の輝度を上げて輝度分 In the case of the configuration as shown in FIG. 10, there is a problem that the luminance distribution in the longitudinal direction is not uniform when the entire length of the arc tube 2 is increased. That is, in a portion far from the internal electrode 1, the electric field strength sufficient to discharge the rare gas and generate ultraviolet rays having sufficient strength cannot be obtained, and the luminance is lowered. In order to avoid this, if the voltage applied to the internal electrode 1 is increased, the brightness at the part far from the internal electrode 1 will increase, but the discharge current will increase, and this will cause the discharge near the internal electrode 1 to contract. As a result, the ultraviolet radiation efficiency is lowered and the luminance is lowered. On the screen As a liquid crystal backlight for televisions that is required to have uniform brightness, it is a big problem that the luminance is not uniform in the longitudinal direction of the arc tube 2. In Patent Document 1, in order to avoid this, a means of changing the winding pitch of the external electrode 3 is taken. By narrowing the winding pitch in the vicinity of the inner electrode 1 where the luminance decreases and in the portion far from the inner electrode 1, the input power per unit length is increased locally, and the luminance of that portion is increased.
[0011] しかしながらこの方法では、特に内部電極 1近傍の紫外線放射効率が低くなつてい る部分に過剰に電力を投入することで、全体としての効率が低下するという課題があ る。また、テレビの画面寸法に合わせて発光管 2の長さを変更したり、画面にあわせ て調光によってバックライトへの投入電力が変化したりした場合にも、輝度を一様に 保てる必要がある。し力、しそのような外部電極 3の巻きピッチを設計するのはきわめて 困難であり、実用上の柔拿欠!生にかけていた。 However, in this method, there is a problem that the efficiency as a whole is lowered by excessively supplying power particularly to a portion where the ultraviolet radiation efficiency near the internal electrode 1 is low. Also, it is necessary to keep the brightness uniform even when the length of the arc tube 2 is changed according to the screen size of the TV, or when the input power to the backlight changes due to dimming according to the screen. is there. It was extremely difficult to design such a winding pitch of the external electrode 3, and there was a lack of practical flexibility!
[0012] 本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、発光効率を落と さずに、低い駆動電圧でも長手方向の輝度分布を一様にできるようにした、水銀を使 用しな!/、希ガス蛍光ランプ及びその点灯装置を提供することを目的とする。 [0012] The present invention has been made to solve the above-described problems. Mercury has been developed so that the luminance distribution in the longitudinal direction can be made uniform even at a low driving voltage without lowering the luminous efficiency. Do not use! /, To provide a noble gas fluorescent lamp and its lighting device.
課題を解決するための手段 Means for solving the problem
[0013] 本発明に係るランプ点灯装置は、蛍光ランプと、蛍光ランプに駆動電圧を供給する 電源回路とを含むランプ点灯装置である。蛍光ランプは、内面に蛍光体膜を形成し 放電ガスを封入した透光性材料よりなる発光管と、発光管の一方の端部に封装され 高周波の矩形交番電圧を印加する第 1の内部電極と、発光管の第 1の内部電極の 反対側の端部に封装された第 2の内部電極と、発光管の長手方向に沿在するように 設けられた外部電極とを備える。さらに、蛍光ランプは、第 2の内部電極と電気的に 接続された容量性の内部電荷排出手段を備える。 The lamp lighting device according to the present invention is a lamp lighting device including a fluorescent lamp and a power supply circuit that supplies a driving voltage to the fluorescent lamp. The fluorescent lamp has a light-emitting tube made of a light-transmitting material in which a phosphor film is formed on the inner surface and enclosing a discharge gas, and a first internal electrode that is sealed at one end of the light-emitting tube and applies a high-frequency rectangular alternating voltage And a second internal electrode sealed at an end of the arc tube opposite to the first internal electrode, and an external electrode provided so as to be along the longitudinal direction of the arc tube. Further, the fluorescent lamp includes capacitive internal charge discharging means electrically connected to the second internal electrode.
[0014] 本発明に係る蛍光ランプは、内面に蛍光体膜を形成し放電ガスを封入した透光性 材料よりなる発光管と、発光管の一方の端部に封装され高周波の矩形交番電圧を印 加する第 1の内部電極と、発光管の第 1の内部電極の反対側の端部に封装された第 2の内部電極と、第 2の内部電極と電気的に接続された容量性の内部電荷排出手段 と、発光管より所定の距離を離して発光管の長手方向に沿在するように設けられた外
部電極とを備える。 [0014] A fluorescent lamp according to the present invention includes an arc tube made of a light-transmitting material in which a phosphor film is formed on the inner surface and enclosing a discharge gas, and a high-frequency rectangular alternating voltage sealed at one end of the arc tube. A first internal electrode to be applied, a second internal electrode sealed at the opposite end of the first internal electrode of the arc tube, and a capacitive electrically connected to the second internal electrode Internal charge discharging means and an external charge unit that is provided along the longitudinal direction of the arc tube at a predetermined distance from the arc tube. A partial electrode.
[0015] 本発明に係る液晶表示装置は、液晶パネルと、液晶パネルを照明するバックライト 装置とを備える。ノ ックライト装置は上記のランプ点灯装置を含む。 A liquid crystal display device according to the present invention includes a liquid crystal panel and a backlight device that illuminates the liquid crystal panel. The knocklight device includes the lamp lighting device described above.
発明の効果 The invention's effect
[0016] 本発明は容量性の内部電荷排出手段を通して放電中の残留電荷を発光管外に排 出して発光管の内部での残留電荷量を制御することにより、誘電体バリア放電にお ける極性反転時のプラズマの導電率を低下させ、発光管の全長にわたって放電効率 を一様にすることが可能となる。その結果発光管の長手方向の輝度分布を均一にし 、かつ効率のよいバックライト用希ガス蛍光ランプを提供することが出来る。 [0016] The present invention discharges residual charge during discharge through the capacitive internal charge discharging means to the outside of the arc tube, and controls the amount of residual charge inside the arc tube, thereby allowing polarity in dielectric barrier discharge. It is possible to lower the plasma conductivity during inversion and to make the discharge efficiency uniform over the entire length of the arc tube. As a result, it is possible to provide an efficient noble gas fluorescent lamp for backlight with uniform luminance distribution in the longitudinal direction of the arc tube.
図面の簡単な説明 Brief Description of Drawings
[0017] [図 1]本発明の実施の形態 1における希ガス蛍光ランプの斜視図 FIG. 1 is a perspective view of a rare gas fluorescent lamp according to Embodiment 1 of the present invention.
[図 2]本発明の効果を示すグラフ FIG. 2 is a graph showing the effect of the present invention.
[図 3]本発明の希ガス蛍光ランプの放電の様子を説明する模式図 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the discharge state of the rare gas fluorescent lamp of the present invention.
[図 4]本発明の実施の形態 1の電気回路的構成を示す模式図 FIG. 4 is a schematic diagram showing an electrical circuit configuration according to the first embodiment of the present invention.
[図 5]本発明における電気容量の測定法を示す模式図 FIG. 5 is a schematic diagram showing a method for measuring capacitance in the present invention.
[図 6]電気容量の測定における V— Qリサージュの例を示す図 [Figure 6] Diagram showing an example of V-Q Lissajous in measuring capacitance
[図 7]本発明の効果を示す、容量の測定結果の例を示す図 FIG. 7 is a diagram showing an example of a capacitance measurement result showing the effect of the present invention.
[図 8]本発明の実施の形態 2における液晶バックライトユニットの斜視図 FIG. 8 is a perspective view of a liquid crystal backlight unit according to Embodiment 2 of the present invention.
[図 9]本発明の実施の形態 2における液晶表示装置の構成を示す図 FIG. 9 shows a configuration of a liquid crystal display device according to Embodiment 2 of the present invention.
[図 10]従来の希ガス蛍光ランプの構成を示す図 [Figure 10] Diagram showing the configuration of a conventional rare gas fluorescent lamp
符号の説明 Explanation of symbols
[0018] 1、 101 内部電極 [0018] 1, 101 Internal electrode
10 希ガス蛍光ランプ 10 Noble gas fluorescent lamp
101a 駆動用内部電極 101a Internal electrode for driving
101b 内部電荷調整用内部電極 101b Internal charge adjustment internal electrode
2、 102 発光管 2, 102 arc tube
3、 103 外部電極 3, 103 External electrode
104 内部電荷調整手段として動作する導体部材
200 電源回路 104 Conductor member acting as internal charge adjustment means 200 Power supply circuit
250 ランプ点灯装置 250 lamp lighting device
300 液晶バックライトユニット 300 LCD backlight unit
400 液晶パネル 400 LCD panel
430 液晶パネル駆動回路 430 LCD panel drive circuit
450 ノ ックライト装置 450 knock light device
500 液晶表示装置 500 liquid crystal display
X 内部電荷排出手段 X Internal charge discharging means
Y 擬似的なランプ容量 Y pseudo lamp capacity
発明を実施するための最良の形態 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0019] 以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0020] (実施の形態 1) [0020] (Embodiment 1)
図 1は、本発明の第 1の実施の形態における希ガス蛍光ランプの構成を示した図で ある。図 1において、発光管 102はホウケィ酸ガラスなどの光透過性を持った硬質ガ ラスの円筒管であり、内面には励起スペクトルが特に真空紫外領域(主に 200nm以 下)において強くなるように選定された、三波長の蛍光体膜(図示せず)が形成されて いる。発光管 102の内部には放電ガスとして、主にキセノンよりなる希ガスが常温で 約 16kPaの圧力で封入されている。発光管 102の両端部には、カップ状冷陰極の内 部電極 101 (101a、 101b)が気密に封装されている。第 1及び第 2の内部電極 101 ( 101a, 101b)はニッケル等の高融点かつ電気伝導性の高い金属よりなる。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a rare gas fluorescent lamp according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the arc tube 102 is a light-transmitting hard glass cylindrical tube such as borosilicate glass, and the inner surface has an excitation spectrum that is particularly strong in the vacuum ultraviolet region (mainly 200 nm or less). A selected three-wavelength phosphor film (not shown) is formed. Inside the arc tube 102, a rare gas mainly made of xenon is sealed as a discharge gas at a pressure of about 16 kPa at room temperature. Inner electrodes 101 (101a, 101b) of cup-shaped cold cathodes are hermetically sealed at both ends of the arc tube 102. The first and second internal electrodes 101 (101a, 101b) are made of a metal having a high melting point and high electrical conductivity such as nickel.
[0021] 発光管 102は、シリコーン樹脂などの絶縁性部材よりなるスぺーサ 105によって、概 略平板状のアルミ材よりなる外部電極 103から距離 3. Omm (ただし発光管 102の外 表面と外部電極 103との最短距離とする)の位置に支持される。外部電極 103は、そ の表面に高輝度反射コーティングが施されている。ここで概略平板状とは必ずしも完 全に平らな板である必要はない。例えば少なくとも発光管 102の直径程度以上の幅 を持ち、発光管 102の軸までの距離よりも大きな曲率半径をもつ凹面形状であること を許容する。 [0021] The arc tube 102 is separated from the external electrode 103 made of a substantially flat aluminum material by a spacer 105 made of an insulating material such as silicone resin. 3. Omm (however, the outer surface of the arc tube 102 and the external (The shortest distance from the electrode 103). The external electrode 103 has a high brightness reflective coating on its surface. Here, the substantially flat plate shape does not necessarily need to be a completely flat plate. For example, it is allowed to have a concave shape having a width at least about the diameter of the arc tube 102 and having a radius of curvature larger than the distance to the axis of the arc tube 102.
[0022] 内部電極 101のうちの一方 101aは駆動用内部電極として使用される。駆動用内部
電極 101aと外部電極 103の間に、ランプ点灯用の電源回路(図 1では示さず、図 4 等参照)から、周波数 20kHzの矩形交番電圧を印加することで点灯駆動を行う。この 場合、外部電極 103を基準電位 (接地電位)とすることが安全上望ましい。電圧印加 時には、発光管 102のガラス管壁が電荷障壁として作用するため、駆動用内部電極 101aと外部電極 103との間で誘電体バリア放電を実現することが出来る。 One of the internal electrodes 101 101a is used as a driving internal electrode. Internal drive Lighting is driven by applying a rectangular alternating voltage with a frequency of 20 kHz between the electrode 101a and the external electrode 103 from a lamp lighting power supply circuit (not shown in FIG. 1, see FIG. 4). In this case, it is desirable for safety reasons that the external electrode 103 is set to a reference potential (ground potential). When a voltage is applied, since the glass tube wall of the arc tube 102 acts as a charge barrier, a dielectric barrier discharge can be realized between the driving internal electrode 101a and the external electrode 103.
[0023] 駆動用内部電極 101 aと反対側の端部には、駆動用内部電極 101 aと同じ力ップ状 冷陰極の内部電荷調整用の内部電極(以下「調整用内部電極」という。) 101bが封 装されている。調整用内部電極 101bは発光管 102の外部において導体部材 104と 電気的かつ物理的に接続され、内部電荷排出手段として動作する。内部電荷排出 手段とは、発光管 102の端部に蓄積され得る電荷を排出する機能を有する。導体部 材 104は、外部電極 103と平行な平面内に配置された平板状の導電性を有する部 材である。ここで、調整用内部電極 101bおよび導体部材 104はともに浮遊電位にお かれている。好ましくは、導体部材 104は、面積が約 lcm2のアルミ板で構成され、外 部電極 103との距離は約 4. 5mmである。 [0023] At the end opposite to the driving internal electrode 101a, the internal electrode for adjusting the internal charge of the cold cathode (hereinafter referred to as "adjusting internal electrode") is the same as the driving internal electrode 101a. ) 101b is sealed. The adjustment internal electrode 101b is electrically and physically connected to the conductor member 104 outside the arc tube 102, and operates as internal charge discharging means. The internal charge discharging means has a function of discharging charges that can be accumulated at the end of the arc tube 102. The conductor member 104 is a flat plate-like conductive member disposed in a plane parallel to the external electrode 103. Here, both the adjustment internal electrode 101b and the conductor member 104 are at a floating potential. Preferably, the conductor member 104 is made of an aluminum plate having an area of about lcm 2 and the distance from the external electrode 103 is about 4.5 mm.
[0024] 図 2に、本実施の形態 1の希ガス蛍光ランプの、長手方向の輝度分布の測定結果 を示す。同図において、比較として、導体部材 104を含む内部電荷排出手段を持た ない従来の構成の場合と、導体部材 104を用いた本実施の形態 (本発明)の構成の 場合とを示している。実線(曲線 Pl、 P2)は導体部材 104を接続しない従来の場合 であり、破線(曲線 Ql、 Q2)は導体部材 104 (面積 lcm2)を接続した本発明の場合 である。印加電圧 2. OkV では、導体部材 104を接続しない場合には明確に駆動 FIG. 2 shows the measurement result of the luminance distribution in the longitudinal direction of the rare gas fluorescent lamp of the first embodiment. In the figure, for comparison, a case of a conventional configuration including no conductor charge discharging means including the conductor member 104 and a case of the configuration of the present embodiment (the present invention) using the conductor member 104 are shown. Solid lines (curves Pl, P2) are conventional cases where the conductor member 104 is not connected, and broken lines (curves Ql, Q2) are cases where the conductor member 104 (area lcm 2 ) is connected. When the applied voltage is 2. OkV, the conductor member 104 is not connected.
0-P 0-P
用内部電極 101a側の輝度が高ぐ調整用内部電極 101b側の輝度が低い。すなわ ち印加電圧が不足していることがわかる。それに対して導体部材 104を接続した場 合には、同じ 2. OkV の印加電圧でもほとんど均一な輝度分布を達成できているこ The luminance on the adjustment internal electrode 101a side is high, and the luminance on the adjustment internal electrode 101b side is low. In other words, it can be seen that the applied voltage is insufficient. On the other hand, when conductor member 104 is connected, almost uniform luminance distribution can be achieved even with the same applied voltage of 2. OkV.
0-P 0-P
とがわかる。輝度の均斉度を評価するために図 2の管面輝度の平坦部分を直線でフ イツティングしてその傾きを求めたところ、導体部材 104を接続しない場合では一 0. 0 015であったのに対し、導体部材 104を接続した場合には + 0. 0009に改善された 。なお目視評価では概ね傾きが ± 0. 001より大きくなると、明暗の傾きを感じ始める ことがわかった。すなわち、本実施の形態 1のような簡単な構成を採用することによつ
て、希ガス蛍光ランプの長手方向の輝度分布を、印加電圧を高くすることなく均一に できることがわかった。 I understand. In order to evaluate the brightness uniformity, the flat part of the tube brightness in Fig. 2 was fitted with a straight line and the inclination was found to be 0.0015 when the conductor member 104 was not connected. On the other hand, when the conductor member 104 was connected, it was improved to +0.0009. In visual evaluation, it was found that when the inclination was larger than ± 0.001, it started to feel light and dark. In other words, it is possible to adopt a simple configuration as in the first embodiment. Thus, it was found that the luminance distribution in the longitudinal direction of the rare gas fluorescent lamp can be made uniform without increasing the applied voltage.
[0025] ここで、このような効果を理解するために駆動用内部電極 101aと外部電極 103との 間での誘電体バリア放電の進展について、図 3を参照しながら簡単に説明する。なお 図 3では例として駆動用内部電極 101aの電位が正力も負に反転する位相での様子 を示す力、逆極性に反転する位相でも概ね同様の議論が成り立つと考えてよい。 Here, in order to understand such an effect, the progress of the dielectric barrier discharge between the driving internal electrode 101a and the external electrode 103 will be briefly described with reference to FIG. In FIG. 3, as an example, it can be considered that the same argument holds for the force indicating the state in which the potential of the driving internal electrode 101a is reversed in the positive direction and the phase in which the reverse is reversed.
[0026] 駆動用内部電極 101aの印加電圧が高くなり放電ガスが絶縁破壊することによって 、まず電界強度が最も高い駆動用内部電極 101aの近傍で放電が開始される。放電 開始によって発光管 102内部にはプラズマが生成される。プラズマ中の正負の電荷( おのおの主にイオンと電子である)が、駆動用内部電極 101 aと外部電極 103との間 の電界によって発光管 102内の空間を、駆動用内部電極 101aと外部電極 103の方 向へとそれぞれドリフトすることによってランプ電流が流れる。外部電極 103側にドリ フトした電荷(電子)は、絶縁体である発光管 102の管壁が電荷障壁として作用する ため、発光管 102の管壁に蓄積されてゆくことになる。蓄積された電荷はそれ自身が 生じる電界によって電極間電界を中和するため、最初に放電が開始された駆動用内 部電極 101aの近傍では、やがて放電ガス中の放電が維持できなくなって放電が停 止する。 [0026] When the applied voltage of the driving internal electrode 101a increases and the discharge gas breaks down, first, discharge is started in the vicinity of the driving internal electrode 101a having the highest electric field strength. Plasma is generated inside the arc tube 102 by the start of discharge. Positive and negative charges in the plasma (mainly ions and electrons) pass through the space in the arc tube 102 by the electric field between the driving inner electrode 101a and the outer electrode 103, and the driving inner electrode 101a and the outer electrode. The lamp current flows by drifting in the direction of 103 respectively. The charges (electrons) drifted to the external electrode 103 side are accumulated on the tube wall of the arc tube 102 because the tube wall of the arc tube 102 which is an insulator acts as a charge barrier. The accumulated charge neutralizes the electric field between the electrodes due to the electric field generated by itself, and therefore, the discharge in the discharge gas cannot be maintained in the vicinity of the driving internal electrode 101a where the discharge is first started, and the discharge starts. Stop.
[0027] この結果、当初の放電によって発生したプラズマのうちドリフトせずに空間に残留し たもの(「残留電荷」と呼ぶ) 1S \、わゆるノ ルスアフターグロ一プラズマに類似した状 態となつて存在する。プラズマは有限の電気抵抗を持つ導体として振舞うため、残留 電荷の先端部 Aは、駆動用内部電極 101aの電位から、残留電荷での電圧降下分だ け低い電位を持つ擬似的な内部電極となる。 [0027] As a result, the plasma generated by the initial discharge remained in the space without drifting (referred to as “residual charge”) 1S \, a state similar to the so-called “norse afterglow plasma” It exists. Since the plasma behaves as a conductor having a finite electrical resistance, the tip A of the residual charge becomes a pseudo internal electrode having a potential that is lower than the potential of the driving internal electrode 101a by a voltage drop due to the residual charge. .
[0028] 一方、残留電荷の先端部 Aから先の領域では、発光管 102の管壁には電荷が蓄 積されていないため、残留電荷の先端部 Aと外部電極 103との電位差による電界に よって放電開始が可能である。したがってプラズマでの電圧降下によって残留電荷 の先端部 Aでの電位が放電開始電圧を下回る力、、先端部 Aが発光管 102の端部に 達するまで、発光管 102の長手方向に微小な距離毎に上記の過程を繰り返しながら 放電が進展し、残留電荷のプラズマが延伸することになる。この延伸速度は通常非
常に速い(1 X 106m/秒以上)ため、本実施の形態 1で用いるような 20kHz程度の 周波数の場合には、印加電圧の極性が反転した直後にノ ルス状のランプ電流が流 れ、再度極性が反転するまでのほぼ半周期(25マイクロ秒)はほとんど電流が流れな い休止期間となる。 [0028] On the other hand, in the region beyond the tip A of the residual charge, no electric charge is accumulated on the tube wall of the arc tube 102. Therefore, an electric field due to the potential difference between the tip A of the residual charge and the external electrode 103 is generated. Therefore, the discharge can be started. Therefore, the voltage at the tip A of the residual charge drops below the discharge start voltage due to the voltage drop in the plasma, and every minute distance in the longitudinal direction of the arc tube 102 until the tip A reaches the end of the arc tube 102. In addition, the discharge progresses while repeating the above process, and the residual charge plasma is stretched. This stretching speed is usually non- Since it is always fast (1 X 10 6 m / sec or more), in the case of a frequency of about 20 kHz as used in the first embodiment, a Norse lamp current flows immediately after the polarity of the applied voltage is reversed. The half-cycle (25 microseconds) until the polarity is reversed again is a rest period in which almost no current flows.
[0029] 放電が終了した後、印加電圧の極性が再度反転するまでの間は、蓄積電荷が印加 電圧によって維持されているため、発光管 102内には実効的な電界力 Sかからない状 態となる。しかし残留電荷は完全に消失(体積再結合及び両極性拡散による)するに は数十マイクロ秒以上の時間が力、かるため、次の極性反転時にはある程度の残留電 荷が存在する状態となる。 [0029] Since the accumulated charge is maintained by the applied voltage until the polarity of the applied voltage is reversed again after the discharge is completed, an effective electric field force S is not applied in the arc tube 102. Become. However, since it takes time of several tens of microseconds or more to completely disappear (due to volume recombination and bipolar diffusion), a certain amount of residual charge is present at the next polarity inversion.
[0030] ところで、先に述べたようにキセノンを用いた希ガス蛍光ランプにおいて蛍光体を励 起する紫外線は、キセノン励起原子より放射される 147nmの共鳴輝線と、キセノンェ キシマが解離する際に放射される 172nm付近をピークとする連続放射からなる。特 にエキシマからの連続放射は効率が高ぐこれを有効に発生させることがランプ効率 向上のためには重要である。エキシマは励起状態にある 1つのキセノン原子と、基底 状態の 2つのキセノン原子との衝突反応(三体衝突過程)によって形成される。キセノ ン励起原子は励起に要するエネルギーが一般蛍光灯の水銀に比べて高いため、キ セノン励起原子を効率よく生成するためには、プラズマ中の電子のエネルギー(電子 温度)が高い必要がある。したがって、 147nmの共鳴輝線放射は、電子が高電界で 加速される、印加電圧の極性反転時に主としてノ ルス状に放射される。 By the way, as described above, in the rare gas fluorescent lamp using xenon, the ultraviolet light that excites the phosphor is emitted when the xenon excimer dissociates from the resonance line of 147 nm emitted from the xenon excited atom. It consists of continuous radiation with a peak near 172 nm. In particular, it is important to improve the lamp efficiency that the continuous radiation from the excimer has high efficiency and it is effectively generated. An excimer is formed by a collision reaction (three-body collision process) between one xenon atom in an excited state and two xenon atoms in the ground state. Since xenon-excited atoms require higher energy for excitation than mercury used in general fluorescent lamps, the energy (electron temperature) of electrons in the plasma must be high in order to efficiently generate xenon-excited atoms. Therefore, the resonance line emission at 147 nm is emitted mainly in a Norse shape when the polarity of the applied voltage is reversed, in which electrons are accelerated by a high electric field.
[0031] 一方で三体衝突過程では電子が介在しないため、放電終了後にもエキシマの形成 と 172nm連続放射は継続する。むしろ電子電流が存在する場合には一度励起され たキセノン励起原子が比較的低エネルギーの電子との衝突で容易に電離される(累 積電離)ため、電流密度が高いプラズマ中ではエキシマの形成効率が低下する。従 つて、エキシマからの連続放射を効率よく得るためには電流密度が低い方がよい。 [0031] On the other hand, since electrons do not intervene in the three-body collision process, excimer formation and 172 nm continuous emission continue even after the end of discharge. Rather, in the presence of electron current, once excited xenon excited atoms are easily ionized by collision with relatively low energy electrons (accumulated ionization), so excimer formation efficiency is high in plasma with high current density. Decreases. Therefore, in order to obtain continuous radiation from the excimer efficiently, the current density should be low.
[0032] 上記の議論を本願発明に力、かる図 1のような構成の希ガス蛍光ランプに当てはめて 検討した結果、長手方向の輝度分布は以下のような要因によって不均一になってい るあのと考免ること力 S出来る。 [0032] As a result of applying the above discussion to the present invention to a rare gas fluorescent lamp configured as shown in Fig. 1, the luminance distribution in the longitudinal direction is uneven due to the following factors. The power to ignore S can be.
[0033] 印加電圧が低い場合には、駆動用内部電極 101aの反対側では放電進展に寄与
するプラズマ電位の低下によって輝度が低くなる。逆に印加電圧を高くすると、駆動 用内部電極 101a近傍においては過剰な電流による効率低下が生じるのである。つ まり単純に印加電圧を上げることで放電を遠くまで進展させようとすれば、駆動用内 部電極 101a近傍での電流密度が上昇することになり、紫外線発光効率が低下して 輝度が低くなるのである。さらに、印加電圧の極性反転時に残留電荷のプラズマが 多量に存在した場合、発光管 102の内部の空間はいわば電気抵抗の小さい状態と なり、放電時の電流密度が高くなる。著しい場合には放電が線状に収縮し、ストリー マー状 (繊維状)になるのが観測される。上記の議論から、このような状態では電子温 度が低くなり、キセノンの励起効率が下がるとともに累積電離が支配的となり、紫外線 の放射効率が低下する。また特に駆動用内部電極 101aの反対側の端部では、過剰 に存在する残留電荷によって電界強度が低下するため、印加電圧を上げても輝度が 上昇しにくぐさらに印加電圧を上げなければならない。 [0033] When the applied voltage is low, the opposite side of the driving internal electrode 101a contributes to the progress of discharge. As the plasma potential decreases, the luminance decreases. On the other hand, when the applied voltage is increased, the efficiency decreases due to excessive current in the vicinity of the driving internal electrode 101a. In other words, simply increasing the applied voltage to advance the discharge far will increase the current density in the vicinity of the driving internal electrode 101a, lowering the UV emission efficiency and lowering the brightness. It is. Furthermore, if a large amount of residual charge plasma exists at the time of polarity reversal of the applied voltage, the space inside the arc tube 102 is in a state of low electrical resistance, and the current density during discharge increases. In extreme cases, it is observed that the discharge contracts linearly and becomes streamer (fibrous). From the above discussion, in this state, the electron temperature is lowered, the xenon excitation efficiency is lowered, the cumulative ionization is dominant, and the ultraviolet radiation efficiency is lowered. In particular, at the end on the opposite side of the driving internal electrode 101a, the electric field strength is reduced due to excessive residual charges. Therefore, it is difficult to increase the luminance even if the applied voltage is increased, and the applied voltage must be further increased.
[0034] この残留電荷の寿命は概ね放電ガスの組成と圧力によって決まる。しかし放電ガス の組成やガス圧は発光効率やランプ寿命などにも影響を及ぼすため、独立に決定 することは出来ない。このため、ノ ルス放電が発生する印加電圧の極性反転時に残 留電荷を十分に少ない状態にするには、残留電荷が再結合して消えるのを待つこと 、すなわち駆動周波数を下げて放電休止期間を長くすることが有効である。しかしな がら駆動周波数を下げると、単位時間あたりの放電回数が少なくなり、必然的に発光 量が低下してランプとしての光出力が小さくなる。このため、必要な光量を確保するに はランプの本数を増やす必要が生じ、著しく周波数を下げることは実際的ではな!/、。 [0034] The lifetime of this residual charge is largely determined by the composition and pressure of the discharge gas. However, since the composition and gas pressure of the discharge gas also affect the luminous efficiency and lamp life, it cannot be determined independently. For this reason, in order to reduce the residual charge to a sufficiently small state when the polarity of the applied voltage at which the noise discharge occurs is reversed, it is necessary to wait for the residual charge to recombine and disappear. It is effective to lengthen the length. However, when the drive frequency is lowered, the number of discharges per unit time is reduced, and the light output is inevitably reduced, resulting in a decrease in light output as a lamp. For this reason, it is necessary to increase the number of lamps in order to secure the necessary amount of light, and it is impractical to significantly reduce the frequency! /.
[0035] そこで、本願発明者らは上に説明したような物理過程の考察に基づき、発光管 102 内の残留電荷を、自然消滅を待たずに積極的に制御する手段を検討した。その結 果として、本願発明のような内部電荷排出手段を設けることを着想した。 Therefore, the inventors of the present application have studied a means for positively controlling the residual charge in the arc tube 102 without waiting for natural disappearance based on the consideration of the physical process as described above. As a result, the idea was to provide internal charge discharging means as in the present invention.
[0036] 図 4は、図 1に示す希ガス蛍光ランプの構成を模式的に示した図である。同図に示 すように、本願発明にかかる希ガス蛍光ランプでは好適な実施の形態として平板状 の導体部材 104を浮遊電位 (接地しない)としたので、導体部材 104と外部電極 103 とで並行平板コンデンサ Cxを構成し、これが容量性の内部電荷調整手段 Xとして動 作する。すなわち上で説明したような過程に従って延伸してきた残留電荷のプラズマ
は、発光管 102の端部に達すると、調整用内部電極 101bに接触する。プラズマから は見かけ上、発光管 102の外部において、プラズマに対して直列に(駆動用内部電 極 101a及びプラズマと外部電極 103が擬似的に作るランプ容量 Yに対してはプラズ マの抵抗を介して並列に)コンデンサ Cxが接続されているように見える。このため、導 体部材 104と外部電極 103が構成する並行平板コンデンサ Cxの静電容量が許すだ けの電荷が、コンデンサ Cxに蓄積されることによって発光管 102の内部空間から排 出されることになる。この結果、調整用内部電極 101bの近傍でも電界強度の低下を 抑制でき、調整用内部電極 101b側の端部付近でも輝度を高めることが出来る。また 低い印加電圧でも放電を進展させられるので、駆動用内部電極 101a付近でも電流 密度上昇による効率低下を抑えることが出来る。従って長手方向の輝度分布をより低 い駆動電圧で均一にすることが可能となる。なお、導体部材 104の電位は他の電位 にクリップせず、浮遊電位とすることが望ましい。プラズマが延伸してきた場合には導 体部材 104の電位はプラズマ電位に等しくなる(厳密にはシース電位だけ差を持つ) ため、電荷排出が必要十分なだけスムーズに行われ、駆動電圧と電流とのバランス を取りやすくなる。 FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of the rare gas fluorescent lamp shown in FIG. As shown in the figure, in the rare gas fluorescent lamp according to the present invention, since the flat conductor member 104 is set to a floating potential (not grounded) as a preferred embodiment, the conductor member 104 and the external electrode 103 are arranged in parallel. A plate capacitor Cx is formed, which operates as the capacitive internal charge adjustment means X. That is, residual charge plasma that has been stretched according to the process described above. When reaching the end of the arc tube 102, it contacts the internal electrode for adjustment 101b. Apparently from the plasma, outside the arc tube 102, it is connected in series with the plasma (the internal capacitance 101a for the drive and the lamp capacity Y that the plasma and the external electrode 103 produce are simulated via a plasma resistor). It appears that capacitor Cx is connected in parallel. For this reason, as much charge as the capacitance of the parallel plate capacitor Cx formed by the conductor member 104 and the external electrode 103 allows is discharged from the internal space of the arc tube 102 by being accumulated in the capacitor Cx. Become. As a result, a decrease in electric field strength can be suppressed even near the adjustment internal electrode 101b, and the luminance can be increased near the end on the adjustment internal electrode 101b side. In addition, since the discharge can be advanced even at a low applied voltage, it is possible to suppress a decrease in efficiency due to an increase in current density even in the vicinity of the driving internal electrode 101a. Therefore, the luminance distribution in the longitudinal direction can be made uniform with a lower driving voltage. Note that the potential of the conductor member 104 is preferably a floating potential without clipping to another potential. When the plasma is stretched, the potential of the conductor member 104 becomes equal to the plasma potential (strictly, there is a difference only by the sheath potential), so that the charge discharge is performed smoothly and smoothly as necessary. It becomes easier to balance.
[0037] また、調整用内部電極 101bは、外部にて導体部材 104と接続されるとともに発光 管 102内部に露出しており、休止期間中及び放電進展中も発光管 102内の残留電 荷プラズマとほぼ同電位を維持する。このため、放電はもっぱら駆動用内部電極 101 aと外部電極 103との間の誘電体バリア放電に限定され、調整用内部電極 101bは放 電に寄与しな!/、と考えてょレ、。 [0037] In addition, the adjustment internal electrode 101b is connected to the conductor member 104 outside and is exposed to the inside of the arc tube 102, and the residual charge plasma in the arc tube 102 during the rest period and also during the progress of discharge. And maintain the same potential. Therefore, the discharge is limited to the dielectric barrier discharge between the driving internal electrode 101a and the external electrode 103, and the adjustment internal electrode 101b does not contribute to the discharge! /.
[0038] また本実施の形態 1のような構成により得られるさらなる効果について再度図 2を参 照して説明する。 [0038] Further effects obtained by the configuration as in the first embodiment will be described with reference to Fig. 2 again.
[0039] 図 2において、印加電圧を 2. 4kV とした場合、導体部材 104を使用しない従来 のランプでは、曲線 P1に示すように駆動用内部電極 101aの近傍側で輝度が低ぐ 内部電極 101aの反対側の端部で輝度が高くなるような分布を示している。このときの 傾きは + 0. 00169と悪化している。これは、印加電圧が過剰となったことから、駆動 用内部電極 101a近傍では収縮放電状態となって紫外線発光効率が著しく低下して 輝度が低下したものと理解できる。ところが導体部材 104を接続した本発明のランプ
では、同様に 2. 4kV を印加した場合、曲線 Q1に示すように、全体的な輝度は上 昇するものの、輝度分布の平坦さが維持されている。このときの傾きの値は + 0. 000 65と非常に良好であった。つまり導体部材 104を接続しない従来の場合(曲線 P1参 照)には、印加電圧に対する輝度傾斜の良好な範囲が狭くて、印加電圧が変化する につれて連続的に輝度傾斜も変化するのに対し、導体部材 104を接続した本発明 の場合(曲線 Q1参照)、ある一定の電圧以上 (本実施の形態ではほぼ 2. OkVO-p 以上)では良好な輝度分布を維持できる。このことは製品設計上、導体部材 104を導 入することで印加電圧に対する輝度分布特性の安定性を高くすることが出来ることを 示しており、重要な長所である。さらには、 TV用バックライトとして使用した場合、映 像シーンに応じて印加電圧を高めて輝度を上昇させるような制御を行う際にも、輝度 分布が崩れなレ、とレ、う長所となる。 In FIG. 2, when the applied voltage is 2.4 kV, in the conventional lamp not using the conductor member 104, the luminance is low near the drive internal electrode 101a as shown by the curve P1. The distribution is such that the luminance is higher at the end on the opposite side. The slope at this time worsens to +0.00169. It can be understood that this is because the applied voltage becomes excessive, and therefore, in the vicinity of the driving internal electrode 101a, a contracted discharge state is caused, and the ultraviolet light emission efficiency is remarkably lowered and the luminance is lowered. However, the lamp of the present invention in which the conductor member 104 is connected. Similarly, when 2.4 kV is applied, the overall luminance increases as shown by curve Q1, but the flatness of the luminance distribution is maintained. The value of the slope at this time was very good at +0.00000 65. In other words, in the conventional case where the conductor member 104 is not connected (see curve P1), the good range of the luminance gradient with respect to the applied voltage is narrow, and the luminance gradient changes continuously as the applied voltage changes. In the case of the present invention in which the conductor member 104 is connected (see curve Q1), a good luminance distribution can be maintained at a certain voltage or higher (approximately 2. OkVO-p or higher in this embodiment). This shows that the stability of the luminance distribution characteristics with respect to the applied voltage can be increased by introducing the conductor member 104 in the product design, which is an important advantage. In addition, when used as a TV backlight, even when control is performed to increase the luminance by increasing the applied voltage according to the video scene, the luminance distribution will not be disturbed. .
[0040] さらに本実施の形態 1の構成によれば、通常の冷陰極蛍光ランプを製作するプロセ スを利用して両端に電極を封装した発光管 102を作成し、その片端側の電極に導体 部材 104を接続することで調整用内部電極 101bを形成し、反対側の電極を駆動用 内部電極 101aとすればよい。内部電荷排出手段として回路素子(例えば高耐圧か つ微小容量のコンデンサ)を使用する場合にくらべてきわめて簡単な構成で、量産時 の大きなプロセス改変なしに、上記のような大きな効果を得ることができる。したがつ てコストの上昇を最小限に抑えることが可能である。 [0040] Further, according to the configuration of the first embodiment, the arc tube 102 in which the electrodes are sealed at both ends is created using a process for manufacturing a normal cold cathode fluorescent lamp, and the conductor is connected to the electrode at one end thereof. The adjustment internal electrode 101b may be formed by connecting the member 104, and the opposite electrode may be used as the drive internal electrode 101a. Compared to the case where a circuit element (for example, a capacitor with a high withstand voltage and a small capacity) is used as an internal charge discharging means, the above-described great effects can be obtained without a large process modification during mass production. it can. Therefore, the increase in cost can be minimized.
[0041] なお、多数の実験検討の結果、本実施の形態における好適な内部電荷排出手段 は導体部材 104を平板状とし、その面積を lcm2、外部電極 103との距離を約 4. 5m mとした。この場合の電気容量は、測定結果から約 0. 2pFであった。このときの電気 容量の測定方法を以下に説明する。 As a result of many experimental studies, the preferred internal charge discharging means in the present embodiment is that the conductor member 104 has a flat plate shape, the area thereof is lcm 2 , and the distance from the external electrode 103 is about 4.5 mm. It was. The electric capacity in this case was about 0.2 pF from the measurement result. The method for measuring the electric capacity at this time will be described below.
[0042] 図 5に示すように、外部電極 103と電源回路 200の接地端子との間に電力測定用 コンデンサ 150を揷入し、その両端電圧 Vqを測定する。電力測定用コンデンサ 150 の容量と測定した Vqから、外部電極 103に蓄積される電荷量がわかる。この蓄積電 荷量は電流の積分値であるから、図 6に示すように横軸に印加電圧 V、縦軸に蓄積 電荷 Qのグラフ(V—Qリサージュ)を書くと、ランプへの充放電にともなうヒステリシス をもった図形となる。この面積を求めることで電圧波形の 1周期分のランプ電力が求
まる。このとき、図形の上辺、及び下辺を直線と見たときの傾きは、電荷量を電圧で割 つた物理量であるから、容量に相当する量を表すと考えられる。ただしこの量は、発 光管 102と外部電極 103との幾何学的容量のみでなぐランプ点灯時の放電に伴う 電流の影響も含む。そのため、放電の影響を最小限にするため、電圧反転直後の部 分のみを取り出し、駆動用内部電極 101aが陰極から陽極に反転するときの傾き C1 と、逆に陽極から陰極に反転するときの傾き C2を求めた。多数の実験の結果、 C1お よび C2の値は、印加電圧や周波数を変えてもほとんど変化しないため、概ねランプ の幾何学的な容量を反映してレ、るものと考えてょレ、。 As shown in FIG. 5, a power measuring capacitor 150 is inserted between the external electrode 103 and the ground terminal of the power supply circuit 200, and the voltage Vq between both ends thereof is measured. From the capacitance of the power measuring capacitor 150 and the measured Vq, the amount of charge accumulated in the external electrode 103 can be determined. Since this accumulated charge is an integral value of the current, if the graph of applied voltage V is plotted on the horizontal axis and the accumulated charge Q is plotted on the vertical axis (V-Q Lissajous), as shown in Figure 6, the lamp is charged and discharged. It becomes a figure with hysteresis. By calculating this area, the lamp power for one cycle of the voltage waveform can be determined. Maru. At this time, the slope when the upper side and the lower side of the figure are viewed as straight lines is a physical quantity obtained by dividing the amount of charge by the voltage, and thus is considered to represent the quantity corresponding to the capacity. However, this amount includes the influence of the current associated with the discharge when the lamp is lit, which is based only on the geometric capacity of the light emitting tube 102 and the external electrode 103. Therefore, in order to minimize the influence of the discharge, only the part immediately after the voltage inversion is taken out, and the slope C1 when the driving internal electrode 101a is inverted from the cathode to the anode and conversely when the inversion from the anode to the cathode is performed. The slope C2 was determined. As a result of many experiments, the values of C1 and C2 hardly change even when the applied voltage or frequency is changed. Therefore, it is assumed that the values reflect the geometric capacity of the lamp.
[0043] 図 7に、本実施の形態 1の構成に基づき導体部材 104 (面積 lcm2、外部電極 103 力 の距離 3mm)を装着した場合と、導体部材 104を装着しない場合とで、幾何学 的容量 C1と C2を測定した結果を示す。誤差棒は複数サンプルの測定結果の標準 偏差である。図 7から、導体部材 104を装着した場合には Cl、 C2とも値が大きくなつ ており、その増分は約 0. 2pFと見ることができる。これは先に述べたとおり、平行平板 コンデンサを仮定して計算した値と一致する。なお、 C1と C2の値が異なるのは、駆 動用内部電極 101aの極性によって、移動する電荷(電子またはイオン)が異なるた め、各々の移動度の違いが影響するためである。 [0043] FIG. 7 shows the geometry of the case where the conductor member 104 (area lcm 2 , distance 3 mm of the external electrode 103 force) is attached and the case where the conductor member 104 is not attached based on the configuration of the first embodiment. The results of measuring the static capacities C1 and C2 are shown. The error bar is the standard deviation of the measurement results for multiple samples. From FIG. 7, when the conductor member 104 is mounted, both Cl and C2 increase in value, and the increment can be seen as about 0.2 pF. As mentioned earlier, this is consistent with the value calculated assuming a parallel plate capacitor. The reason why the values of C1 and C2 are different is that the mobility (electrons or ions) varies depending on the polarity of the driving internal electrode 101a, so that the difference in mobility affects each of them.
[0044] 当然ながら内部電荷排出手段の必要な容量 Cxは他の諸条件によって変更させる ことが可能であり、それに伴って導体部材 104の寸法を変化させることが出来る。導 体部材 104の面積をより大きくし、また外部電極 103との距離をより小さくすることで、 内部電荷排出手段の容量 Cxが大きくなり、排出できる電荷量が大きくなる。この結果 、より低い印加電圧でも輝度分布を均一にする効果を得ることが可能である。 Naturally, the necessary capacity Cx of the internal charge discharging means can be changed according to other conditions, and the dimensions of the conductor member 104 can be changed accordingly. By increasing the area of the conductor member 104 and reducing the distance from the external electrode 103, the capacity Cx of the internal charge discharging means increases, and the amount of charge that can be discharged increases. As a result, it is possible to obtain an effect of making the luminance distribution uniform even with a lower applied voltage.
[0045] しかしな力 Sら、同時に放電電流が大きくなり、全体としての発光効率の低下を招くこ とになる。たとえば本実施の形態を用いて距離が 4. 5mmのままで、面積を変化させ た本願発明者らの実験の結果からは、面積約 4cm2以上では効率が 10%程度低下 した。一方で導体部材 104の面積が小さすぎる場合には、当然ながら輝度分布を均 一にする効果が得にくくなつた。 However, the force S and the like simultaneously increase the discharge current, leading to a decrease in the luminous efficiency as a whole. For example, according to the results of experiments conducted by the inventors of the present invention in which the area was changed with the distance kept at 4.5 mm using this embodiment, the efficiency decreased by about 10% at an area of about 4 cm 2 or more. On the other hand, when the area of the conductor member 104 is too small, it is naturally difficult to obtain the effect of making the luminance distribution uniform.
[0046] 本願発明者等がさらに発光管 102の長さや発光管 102と外部電極 103との距離な どを考慮し実験を重ねた結果、効率低下と長手方向の輝度の均一化および駆動電
圧抑制の効果のバランスから、内部電荷排出手段の電気容量 Cxの好適な範囲は、 0. lpF以上 10pF以下の範囲であった。これより小さければ輝度分布を均一化する 効果が得られず、またこれより大きければ効率が低下し、また発光が不安定になって ちらつきが出るなどの特性悪化が見られた。こうした好適な電気容量は、内部電荷排 出手段が平行平板コンデンサであることから、導体部材 104の面積及び外部電極 10 3との距離の組み合わせによって任意に実現可能である。 [0046] As a result of repeated experiments by the inventors of the present application in consideration of the length of the arc tube 102 and the distance between the arc tube 102 and the external electrode 103, the efficiency is reduced, the luminance in the longitudinal direction is made uniform, and the drive power is reduced. From the balance of the pressure suppression effect, the preferable range of the electric capacity Cx of the internal charge discharging means was in the range of 0.1 lpF to 10 pF. If it is smaller than this, the effect of making the luminance distribution uniform cannot be obtained, and if it is larger than this, the efficiency decreases, and the deterioration of characteristics such as flickering due to unstable light emission is seen. Such a suitable electric capacity can be arbitrarily realized by a combination of the area of the conductor member 104 and the distance to the external electrode 103 because the internal charge discharging means is a parallel plate capacitor.
[0047] 導体部材 104の材質についても、金属であればアルミに限定されるものではない。 [0047] The material of the conductor member 104 is not limited to aluminum as long as it is a metal.
また導体部材 104の代わりに、一般的ではないものの上記の好適な範囲の容量を持 つた高耐圧のコンデンサ素子で代用することも可能である。 In place of the conductor member 104, a capacitor element having a high withstand voltage having a capacity in the above-mentioned preferable range can be substituted although it is not general.
[0048] また、内部電極 101にカップ状冷陰極を使用している力 かならずしもこの形状に 限定されない。より簡易な形状とすることでコストを下げることが可能であるし、ェミッタ 材料を塗布して陰極降下による損失を低減することも出来る。同様に外部電極 103 につレ、ても、本実施の形態では高輝度反射コーティングを施したアルミ製の平板とし ているが、十分な電気伝導性を持った材料であれば他の構成も可能である。例えば 発光管 102を焦点付近に置いた略放物面とすることで正面輝度を高めることが可能 である。また外部電極 103の表面を拡散面とすることも可能である。 [0048] The force using a cup-shaped cold cathode for the internal electrode 101 is not necessarily limited to this shape. By making the shape simpler, the cost can be reduced, and an emitter material can be applied to reduce the loss due to cathode fall. Similarly, although the external electrode 103 is an aluminum flat plate with a high-brightness reflective coating in this embodiment, other configurations are possible as long as the material has sufficient electrical conductivity. It is. For example, it is possible to increase the front luminance by making the arc tube 102 a substantially paraboloid near the focal point. In addition, the surface of the external electrode 103 can be a diffusion surface.
[0049] (実施の形態 2) [0049] (Embodiment 2)
図 8は、実施の形態 1で示した希ガス蛍光ランプを用いた、液晶バックライトユニット の発光部分の構成を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a light emitting portion of a liquid crystal backlight unit using the rare gas fluorescent lamp shown in the first embodiment.
[0050] 図 8の液晶バックライトユニット 300は、実施の形態 1で示した希ガス蛍光ランプ 10 を複数並列に接続した構成を有する。発光管 102は、外部電極 103から所定の距離 (本実施の形態では約 3mm)に維持するために、スぺーサ 105で直接支持される。 発光管 102の導体部材 104と外部電極 103との間には、樹脂ブロックなどの誘電体 による支持部材 106が揷入される。導体部材 104は支持部材 106の上面に接着され 、発光管 102の位置を決定している。また本実施の形態では支持部材 106を比誘電 率約 3. 0のエポキシ樹脂製としたため、支持部材 106を揷入しない場合に比して導 体部材 104の面積を 1/3としてもほぼ同等の効果が得られる。また、本願発明の希 ガス蛍光ランプのように誘電体バリア放電を利用した場合、電源回路 200からみたラ
ンプ全体の負荷は容量性となる。従って、本発明では、各々のランプに流れる電流 は負荷容量によって制限されるため、電流と電圧に負特性を示す通常の冷陰極ラン プと違!/、、単一の電源回路 200で複数本のランプを点灯 (駆動)することが可能であ る。そのため、本実施の形態では駆動用内部電極 101aはコネクタ 107を通して共通 の電源線 108に接続され、単一の電源回路 200で駆動される。一方、調整用内部電 極 101bは各ランプに対して独立である。これは、ランプのバラつきによって放電進展 のタイミングがずれた場合に、先に点灯したランプに電流が集中することを回避する ためである。 A liquid crystal backlight unit 300 in FIG. 8 has a configuration in which a plurality of rare gas fluorescent lamps 10 shown in the first embodiment are connected in parallel. The arc tube 102 is directly supported by the spacer 105 in order to maintain a predetermined distance from the external electrode 103 (about 3 mm in the present embodiment). A support member 106 made of a dielectric material such as a resin block is inserted between the conductor member 104 of the arc tube 102 and the external electrode 103. The conductor member 104 is bonded to the upper surface of the support member 106 to determine the position of the arc tube 102. In this embodiment, since the support member 106 is made of an epoxy resin having a relative dielectric constant of about 3.0, the area of the conductor member 104 is almost equal to 1/3 compared to the case where the support member 106 is not inserted. The effect is obtained. In addition, when dielectric barrier discharge is used as in the rare gas fluorescent lamp of the present invention, the laser power supply circuit 200 sees the laser. The overall load on the amplifier is capacitive. Therefore, in the present invention, since the current flowing through each lamp is limited by the load capacity, it is different from a normal cold cathode lamp that shows negative characteristics in current and voltage! It is possible to turn on (drive) the lamp. Therefore, in this embodiment, the driving internal electrode 101a is connected to the common power supply line 108 through the connector 107 and driven by the single power supply circuit 200. On the other hand, the adjustment internal electrode 101b is independent for each lamp. This is to prevent current from concentrating on the previously lit lamp when the timing of discharge progress is shifted due to lamp variations.
[0051] 図 8に示した本実施の形態では、 8本のランプを点灯する場合を図示している力 ラ ンプ本数はテレビ画面のサイズ等によって適宜増減することが可能である。 In the present embodiment shown in FIG. 8, the number of power lamps shown in the case where eight lamps are turned on can be appropriately increased or decreased depending on the size of the television screen or the like.
[0052] 支持部材 106の材質はその電気特性や経年劣化特性などを勘案して適切なもの を選択することが可能である。その場合には、導体部材 104の面積や外部電極 103 との距離なども適切な設計を行うべきである。 [0052] As the material of the support member 106, it is possible to select an appropriate material in consideration of its electrical characteristics and aging deterioration characteristics. In that case, the area of the conductor member 104 and the distance from the external electrode 103 should be appropriately designed.
[0053] また本実施の形態 2では外部電極 103はアルミ平面板を使用している力 例えば 各々の発光管 102ごとに独立した概略平面状の導体で構成しても良い。この場合に は、全ての独立した外部電極 103は同一の基準電位とすることが望ましい。 In the second embodiment, the external electrode 103 may be constituted by a force using an aluminum flat plate, for example, a substantially flat conductor independent for each arc tube 102. In this case, it is desirable that all independent external electrodes 103 have the same reference potential.
[0054] 図 9に、実施の形態 2の液晶バックライトユニットを利用した液晶表示装置の構成を 示す。液晶表示装置 500は、液晶パネル 400と、入力画像信号に応じて液晶パネル を駆動する液晶パネル駆動回路 430と、液晶パネル 400を照明するバックライト装置 450とを含む。ノ ックライト装置 450は例えば実施の形態 2で示した液晶バックライト ユニット 300を含む。このように構成される液晶表示装置において、バックライト装置 4 5は、ランプ長手方向の輝度分布が均一なバックライト光で液晶パネル 400を照明で きる。このため、画面全体において輝度ムラのない高画質の画像表示が可能となる。 また、バックライト装置 450は、図 2に示すように、電圧に依存しない均一な輝度分布 を実現できるため、液晶表示装置においてシーン毎に輝度を変化させる制御を行う 場合でも、輝度ムラのない高画質の画像表示が可能となる。 FIG. 9 shows a configuration of a liquid crystal display device using the liquid crystal backlight unit of the second embodiment. The liquid crystal display device 500 includes a liquid crystal panel 400, a liquid crystal panel drive circuit 430 that drives the liquid crystal panel according to an input image signal, and a backlight device 450 that illuminates the liquid crystal panel 400. The knock light device 450 includes, for example, the liquid crystal backlight unit 300 shown in the second embodiment. In the liquid crystal display device configured as described above, the backlight device 45 can illuminate the liquid crystal panel 400 with backlight light having a uniform luminance distribution in the lamp longitudinal direction. For this reason, it is possible to display a high-quality image without luminance unevenness on the entire screen. In addition, as shown in FIG. 2, the backlight device 450 can realize a uniform luminance distribution independent of voltage, and therefore, even when the liquid crystal display device is controlled to change the luminance for each scene, the backlight device 450 has a high luminance level. Image quality can be displayed.
産業上の利用可能性 Industrial applicability
[0055] 本発明は、水銀を使用せずに高効率で輝度の均斉度に優れた蛍光ランプ及びそ
の利用を実現するものであり、液晶バックライト、特に大画面のテレビ用液晶バックラ イト等として有用である。
[0055] The present invention provides a fluorescent lamp excellent in brightness uniformity and high efficiency without using mercury. And is useful as a liquid crystal backlight, particularly a liquid crystal backlight for a large-screen television.